최근 200년 정도의 데이터를 보면 대기 중의 이산화탄소 농도는 서서히 증가하고 있다는 것을 알 수 있다. 더욱 긴 기간인 1만년 정도의 데이터를 보면 최근 200년간의 증가는 그 이전 기간과 비교하여 상당히 크다는 것을 알 수 있다.

이것은 산업혁명 이후 화석연료를 많이 사용한 것이 원인이다. 이산화탄소가 증가하면 기후가 어떻게 변화될 것인가를 알기 위해서는 “지구로부터 방출되는 열”에 관하여 이해하는 것이 중요하다. 태양에 의해 지구는 따뜻해지며 동시에 지구로부터 우주로 열이 방출된다.

대기 중의 이산화탄소는 지구로부터 방출되는 열을 흡수하고, 흡수한 열을 방출하는 “온실효과”의 역할을 하고 있다. 때문에 대기중의 이산화탄소가 증가하면 지구가 더워지는 것이다.

일본 기상청 통계정보에 의하면, 일본 주변에서 온도계로 측정한 100년 정도의 데이터를 보면, 더운 해와 그렇지 않은 해가 있지만, 전체적으로 서서히 기온이 상승하고 있다는 것을 알 수 있다.

또한 과거 100년의 연간 평균기온 및 여름의 평균기온이 높은 해를 순차적으로 배열하면 2000년 이후의 해가 대부분 상위에 위치하고 있다. 세계 평균 데이터도 동일한 경향을 나타내고 있다.

장래 기후를 예측하기 위해서는 이산화탄소뿐만 아니라 대기 중의 수증기 및 구름의 변화 등 지구 상에서 일어나고 있는 다양하고 복잡한 현상을 검토해야 한다. 이를 위해 지구환경을 컴퓨터로 재현함으로써 장래 기후예측을 수행하고 있다. 컴퓨터에서 재현된 지구는 “기후모델” 등으로 불리고 있다.

지구의 표면은 육지부분과 해양부분이 있으며 그 주변에는 대기가 있다. 또한 지구는 1일 1회 자전하고 있다. 그리고 지구에는 태양광이 비추고 있으며 태양으로부터 지구까지의 거리 및 자전축의 기울기 등의 정보로부터 각 장소에서의 빛 강도를 알 수 있다.

이러한 정보를 컴퓨터에 입력하여 지구에서 일어나는 현상을 물리적인 방정식으로 표현하면 바다에서 수증기가 증발하여 구름이 생성되며 구름에서 비가 내리고 구름이 바람에 의해 이동하는 것 등을 계산할 수 있다.

실제 계산에서는 대기와 해양을 3차원 격자(수십~수백 km)로 분할하고 각 격자에서 “물리방정식”을 푼다. 지구상에서 성립하는 물리법칙을 사용함으로써 다양한 현상을 재현하거나 예측하는 것이 가능하다.

주의할 점은 하나의 격자에서는 하나의 온도, 강수량만 계산할 수 있다는 것이다. 때문에 격자보다 작은 현상을 표현하기 위해서는 어떤 가정을 해야 한다. 즉, 모델에서는 불확실성이 있다는 것이다.

기후모델을 사용하여 과거를 재현하고 장래를 예측하는 연구의 경우, 과거는 관측된 이산화탄소 농도 등을 이용하고 실제 기온과 비교하여 모델을 검증한다. 또한 장래는 예를 들면 지금과 같은 상태로 이산화탄소가 증가한 경우 등을 가정하여 기후변화의 계산을 수행한다.

주의할 점은 모델에 의한 예측은 장래를 “예언”하는 것이 아니라는 것이다. 앞으로 이산화탄소 배출량은 인간사회의 변화양상에 의해 달라질 수 있다. 또한 위에서 언급한 것처럼 모델에는 불확실성이 있다.

1950년부터 계산을 시작하여 2100년까지 기온이 어떻게 변할 것인가에 대한 기후모델 계산결과를 보면, 20세기 중반 초기에 더운 해와 추운 해가 있어 기온의 변화가 있지만, 서서히 기온이 상승하였다.

해상의 얼음 및 육상의 눈은 빛을 잘 반사하기 때문에 설빙이 있으면 기온이 낮게 억제되지만, 온난화가 진행되면 설빙이 녹기 때문에 기온이 상승하기 쉬워진다. 또한 바다보다도 육지의 경우가 따뜻해지기 쉽다. 이러한 다양하고 복잡한 원인 때문에 기온이 변화하고 그 변화양상은 장소에 따라 달라진다는 것을 알 수 있다.

세계 평균기온의 관측 결과를 보면 2000년 이후 기온상승 속도가 완만해지고 있는 것처럼 보인다. 이 원인으로는 다양한 가설이 제안되고 있다. 그 중 하나가 “태양의 활동정체설”이다. 태양활동은 10년 정도의 주기로 미소하게 강해지거나 약해진다. 최근 태양활동이 약해져 안정되어 있다는 것이 관측되어 앞으로도 이 상태가 지속될 것으로 관측되었다.

태양활동이 약해지면 지구를 따뜻하게 하는 강도도 약해진다. 그리고 이 가설에서는 태양활동이 약해지면 우주선의 양이 증가하고 구름의 양이 증가하는 메커니즘을 생각할 수 있다.

지구에는 우주로부터 많은 입자가 날아오고 있으며, 이것을 “우주선”이라고 있다. 태양은 자력이 강하기 때문에 우주선을 되돌리는 역할을 하고 있다. 태양의 활동이 약해지면 지구에 들어오는 우주선의 양이 증가하여 대기 중에 미립자가 많이 생성되기 때문에 구름의 양이 증가한다고 생각된다.

그러나 현재, 이 “태양활동이 정체한다”라는 효과는 기후변화에 대해 큰 영향을 미치지 않을 것이라고 많은 연구자가 생각하고 있다. 우선 과거 태양활동의 변화로부터 유추하면 앞으로 활동이 약해지더라도 기후를 변화시킬 정도는 아닐 것이라고 생각한다.

그리고 1990년대 전반까지는 구름의 양과 우주선량이 양호한 상관이 있는 것처럼 보였지만, 그 후 관측을 지속하면 구름의 양과 우주선량 사이에는 관계가 없다는 것을 알았다. 구름의 양은 대기 중의 수증기 양 및 대기의 불안정도 등 상당히 복잡한 과정에 의해 결정된다. 우주선의 변화량만으로 구름의 변화량이 결정된다는 것은 무리가 있다.

왜 2000년 이후 기온 상승이 정체하고 있는 것처럼 보이는 것에 대한 상세한 원인은 알지 못한다. 유력한 가설은 해양에 의해 흡수되는 열의 양이 많아 지고 있다는 것이다. 해양이 흡수한 열이 심층으로 운반되면 지표 부근의 기온 상승은 억제된다. 그리고 해양이 흡수하는 열의 양은 십 년 정도의 시간 규모로 크게 변동하고 있다.

이 변동 때문에 2000년 이후 해양이 흡수하여 심층으로 운반한 열의 양이 크게 되었기 때문에 그 기간의 기온상승이 억제되었다고 생각된다. 앞으로 해양이 흡수하는 열의 양이 변동하여 최근 수년 보다 열의 흡수량이 작아지면 또 기이 상승하게 될 것이다.

野尻さんから大気中の二酸化炭素（CO₂）が増えている、というお話がありました。私の講演では、CO₂が増えた場合に気温や雨などがどう変わっていくかという気候予測の研究についてご紹介したいと思います。

ここ200年くらいのデータをみると、大気中のCO₂濃度は徐々に増えていることがわかります。もっと長い期間、1万年くらいのデータをみると、この200年の間の増加は、それ以前の期間に比べて非常に大きいことがわかります。これは、産業革命があり、私たちが化石燃料をたくさん使うようになったことが原因です。

CO₂が増えると気候がどう変化するかを知るためには、「地球から逃げる熱」について理解することが大切です。太陽によって地球は温められ、同時に、地球から宇宙に熱が逃げています。不思議なことに、大気中のCO₂は地球から逃げる熱を吸収し、吸収した熱を発するという「温室効果」の役割をもちます。このため、大気中のCO₂が増加すると、地球が温まることになるのです。

本当に世界中の気温は上がっているのでしょうか。気象庁の気象統計情報によれば、日本周辺において温度計で測った100年くらいのデータを見てみると、暑い年とそうではない年がありますが、全体として、徐々に気温が上がってきていることがわかります。また過去100年で、年間平均気温や夏の平均気温が高い年を順番に並べてみると、2000年以降の年が数多く上位に入ってきます。世界平均のデータも同様の傾向を示しています。

将来の気候を予測するには、いま説明したCO₂だけでなく、大気中の水蒸気や雲の振る舞いなど、地球上で起こるさまざまな複雑な現象をきちんと考えなければいけません。このため研究の最前線では、地球環境をコンピュータの中に再現することにより、将来の気候予測を行っております。コンピュータの中に再現された地球は「気候モデル」などと呼ばれています。この研究の方法についてご説明したいと思います。

地球の表面は、陸の部分と海の部分があり、その周りには大気があります。また、地球は1日1回自転しています。そして、地球には太陽の光があたっていて、太陽から地球までの距離や自転軸の傾きなどの情報から、各場所での光の強さを知ることができます。こういった情報をコンピュータに与えて、地球で起こる現象を、物理で習ったような方程式で表現すると、海から水蒸気が蒸発して雲ができて、雲から雨が降る、雲が風に流される、といったことを計算することができるのです。

これをもう少し具体的に説明します。実際の計算では、大気と海洋を3次元の格子（数10〜数100km）に分割し、各格子で「物理方程式」を解きます。この物理方程式とは、例えば「物体に力が働くと加速度が生じる」といった現象を表現するものです。この場合、物体の重さや力の強さがわかれば、物体に働く加速度の大きさ知ることができます。

このように、地球上で成り立つ物理法則を使うことにより、いろいろな現象を再現したり予測したりすることができるのです。ここで注意していただきたいのは、一つの格子では、一つの温度、降水量しか計算できない、ということです。

このため、格子より小さい現象を表現するためには、何らかの仮定をおかなければなりません。例えば、気候モデルで雲を表現する場合、格子点の内部の水蒸気の分布を仮定します。水蒸気の多いところで雲ができると仮定して、計算を行います。ですから、どのような仮定をおくかによって、得られる結果は変わってきます。つまり、モデルには不確実性があるということです。

次に、気候モデルを使って過去を再現し、将来を予測する研究についてご紹介します。過去については、観測されたCO₂の濃度などを与え、実際の気温と比較してモデルの検証を行います。また将来については、例えば、このままのペースでCO₂が増えていった場合などを想定し、気候変化の計算を行います。注意していただきたいのは、モデルによる予測は、将来を「予言」するものではないということです。

今後、CO₂の排出量がどう変わるかは、人間社会がどう変化するかによっても変わってきます。また、先ほどお話ししたとおり、そもそもモデルには不確実性があります。これを踏まえて頂いたうえで、1950年から計算を開始し、2100年までにどのように気温が上がるのかについての、気候モデルの計算結果のアニメーションをお見せします（図1参照）。20世紀の中盤の最初のうちは、暖かい年があったり寒い年があったりで、気温が上がったり下がったりですが、徐々に気温が上がっていきます。

海上の氷や陸上の雪は光をよく反射するので、雪氷があると気温は低く抑えられますが、温暖化すると雪氷が融けていきますから、気温がより上がりやすくなるのです。また、海よりも陸の方が温まりやすいです。このようにいろいろと複雑な原因がからみあって気温が変化し、その変化の仕方は、場所によって違いがあることがわかります。

最後に、地球温暖化の現状についてお話しします。世界の平均温度の観測結果から、2000年以降、気温上昇のスピードが鈍っているように見えます（図2参照）。この原因として、さまざまな説が提案されました。その一つとして挙げられたのが、「太陽の活動停滞説」です。太陽活動は10年程度の周期で、微妙に強くなったり弱くなったりしています。最近、太陽活動が弱いところで安定していることが観測され、今後もその状態が続くのでは、と推測されました。

太陽活動が弱いと、地球を温める強さも弱くなります。さらにこの説では、太陽活動が弱まると、宇宙線の量が増加し、雲の量が増える、というメカニズムが考えられました。地球には宇宙からたくさんの粒子が飛んできており、これは「宇宙線」と呼ばれています。太陽は磁力が強いので、宇宙線を跳ね返す役割をもっています。太陽の活動が弱まると、地球に入ってくる宇宙線の量が増加し、大気のなかでチリがたくさんできるため、雲の量が増えるのでは、という考えです。

しかし現在では、この「太陽活動が停滞する」という効果は、気候変化に対して大きな影響は及ぼさないのではないかと、多くの研究者は考えています。まず、過去の太陽活動の変化から類推すると、今後活動が弱まったとしても、気候を変えるほどではないだろう、と考えられることです。さらに、1990年代前半までは、雲の量と宇宙線量にはいい相関があるように見えましたが、その後観測を継続すると、雲の量と宇宙線量の間には、関係がないことがわかってきました。雲の量は、大気中の水蒸気の量や、大気の不安定さなど、非常に複雑な過程によって決まってきます。宇宙線の変化量だけで雲の変化量が決まる、と考えることには無理がありそうです。

ではどうして2000年以降、気温上昇が停滞しているように見えるのでしょうか。実は、詳しい原因はわかっていません。一つの有力な説は、海洋によって吸収される熱の量が多くなっている、というものです。海洋が吸収した熱が深層に運ばれると、地表付近の気温の上昇は抑えらます。

そして、海洋が吸収する熱の量は、十年程度の時間スケールで大きく変動しています。この変動のせいで、2000年以降、海洋が吸収して深層に運ばれる熱の量が大きくなったため、その間の気温上昇は抑えられたのだろう、という考えです。今後、海洋が吸収する熱の量が変動し、ここ数年のよりも熱の吸収量が小さくなれば、また気温は上がっていくことになります。実際にこの説が正しいかどうかは、今後の気温の変化が教えてくれることでしょう。

このように地球球温暖化が進むと、人間社会や生態系にとって何が問題になるのでしょうか。そして問題がとても深刻な場合、温暖化を止めことはできるのでしょうか。そもそも温暖化を止めるという目標を、世界でどう決めていけばいいのでしょうか。こういった問題については、この後の講演でご紹介します。